Enlargement of ARN viruses resistance spectrum of plants, using the model plant Arabidopsis thaliana
Elargissement du spectre de résistance des plantes aux virus à ARN : utilisation de la plante modèle Arabidopsis thaliana
Résumé
Plants genetic resistances to pathogens is a founding topic in genetics, as well as in crop breeding, in order to limit economical losses caused by diseases. The use of natural resistancesisolated in wild accessions and introgressed into commercial varieties is a common strategy in plant breeding. However, such resistances are not available for all species. The goal of my thesis project was to make up for that lack by identifying and developing new sources of resistance to a major group of plant pathogens, viruses from the Potyvirus family, by two major research axes: - The identification of new plant susceptibility factors to viruses: To realize its viral cycle, viruses hijack several host factors. Those factors can be made into sources of resistance upon being suppressed or modified. I carried out a screening of an Arabidopsis thaliana mutagenized population to search for mutants with decreased viral accumulation, most likely affected in new susceptibility factors. My thesis work allowed to isolate several candidates that remain to be characterized. - New ways of exploiting natural resistances: Point mutations in translation initiation factor eIF4E confer potyvirus resistance in several species, notably in pea. My work aimed at mimicking the genetic variability found in pea to the A.thaliana eIF4E gene to generate resistance. By introducing a synthetic allele carrying the pea resistance mutations into A.thaliana, I made the proof of concept that it was possible to i) transfer resistance to viruses from one species to another, ii) without affecting the eIF4E function in cells, in order to avoid growth or developmental defects and iii) enlarge considerably plant resistance spectrum against viruses. I next showed that this trans-species transfer of resistance signature could be engineered by gene editing technologies paving the way for application to cultivated species.
L'étude des résistances génétiques des plantes aux pathogènes est un sujet fondamental en génétique mais également en amélioration des cultures, afin de limiter les pertes économiques liées aux maladies. L'exploitation de résistances naturelles isolées chez des variétés sauvages puis intégrées chez des variétés commerciales est un schéma classique en amélioration des plantes. Cependant, de telles résistances ne sont pas disponibles pour toutes les espèces. Mes travaux de thèse ont donc eu pour objectif majeur de compenser ce manque par l'identification et le développement de nouvelles sources de résistances à un groupe de pathogènes majeurs, les virus de la famille des potyvirus, via deux axes de recherche principaux : - L'identification de nouveaux facteurs de sensibilité aux virus : Pour réaliser leur cycle, les virus détournent de nombreux facteurs de l'hôte. Ces facteurs peuvent devenir des sources de résistances de par leur absence ou leur modification. Pour identifier ces facteurs, j'ai réalisé un criblage sur une population mutagénisée d'Arabidopsis thaliana afin d'isoler des mutants présentant un défaut d'accumulation virale, car affectés dans un facteur de sensibilité. Mes travaux de thèse ont permis d'isoler plusieurs candidats dont la caractérisation est à venir. - L'exploitation des résistances naturelles de manière innovante : Des mutations ponctuelles dans le facteur d'initiation de la traduction eIF4E confèrent une résistance aux potyvirus chez de nombreuses espèces, notamment chez le pois. Mes travaux ont visé à reproduire cette variabilité génétique du pois dans le gène eIF4E d'A.thaliana ans le but de générer une résistance. En introduisant un allèle synthétique portant les signatures de résistance du pois chez A.thaliana, j'ai pu apporter la preuve de concept qu'il était possible de i) transférer des résistances aux virus d'une espèce à une autre, ii) sans affecter le rôle biologique de la protéine, essentiel pour éviter des défauts de croissance ou de développement et iii) d'élargir ainsi considérablement le spectre de résistance de la plante. Enfin, j'ai montré que ce transfert de résistance entre espèces est réalisable par les techniques d'édition génomique, ouvrant la voie à leur application aux espèces cultivées.